К человеку, под которым провалился лёд, подходить нельзя. Для спасения ему бросают лестницу или длинную доску. Объясните, почему таким способом можно спасти провалившегося человека.

Чтобы объяснить, почему использование лестницы или длинной доски помогает спасти человека, который провалился под лёд, необходимо рассмотреть основные физические явления и принципы, связанные с давлением, силой тяжести и распределением этой силы по поверхности.

1. Сила давления и её распределение:

   • Сила, с которой человек давит на лёд, равна его весу (сила тяжести). Она определяется как произведение массы тела $ m $ на ускорение свободного падения $ g $ ($ F = m \cdot g $).
   • Давление $ P $, оказываемое на поверхность, зависит от силы ($ F $) и площади этой поверхности ($ S $) по формуле $ P = \frac{F}{S} $. Чем меньше площадь опоры $ S $, тем больше давление, оказываемое на лёд.

2. Прочность льда:

   • Лёд может выдержать ограниченное давление. Если давление превышает прочностные характеристики льда, тот ломается. Когда человек стоит или идёт по льду, его вес сосредоточен на небольшой площади (например, на подошве обуви), что создаёт высокое давление. Это объясняет, почему лёд может треснуть или проломиться под человеком.

3. Распределение давления с помощью доски или лестницы:

   • Если использовать длинную доску или лестницу, площадь опоры значительно увеличивается. При этом вес человека остаётся неизменным, но давление на лёд уменьшается, так как оно распределяется по большей площади.
   • Например, если человек весит $ 700 \, \text{Н} $ и стоит на плоскости площадью $ 0.1 \, \text{м}^2 $, давление составляет $ P = \frac{700}{0.1} = 7000 \, \text{Па} $. Однако, если эта же сила распределится по доске с площадью $ 2 \, \text{м}^2 $, то давление уменьшится: $ P = \frac{700}{2} = 350 \, \text{Па} $. Такое давление лёд выдержит гораздо проще.

4. Безопасность спасателя:

   • Когда спасатель приближается к провалившемуся человеку, он также оказывает давление на лёд. Если спасатель будет идти к пострадавшему по льду, существует риск, что лёд треснет и под ним. Но если спасатель передвигается по доске или лестнице, его вес распределяется по большей площади, существенно снижая вероятность пролома льда.

5. Физика взаимодействия лестницы с льдом:

   • Доска или лестница действует как рычаг, который позволяет распределить вес спасателя и провалившегося человека по более обширной площади. Это позволяет безопасно притянуть человека к краю полыньи или подползти к нему, не превышая критического давления на лёд.

Таким образом, использование лестницы или доски — это способ увеличить площадь взаимодействия с льдом, чтобы уменьшить давление, которое может привести к его разрушению. Это физическое обоснование спасательной техники, направленной на обеспечение безопасности как для пострадавшего, так и для спасателя.